SISTEMAS DE CONTROL 3

SISTEMAS DE CONTROL 3

1. Introduccion a la robotica

   • Los robots actuales son obras de ingenieria y como tales concebidas para producir bienes y servicios o explotar recursos naturales
   • La palabra "robota" significa fuerza del trabajo o servidumbre
   • "Los antiguos automatas imitaban la apariencia y movimientos de los seres vivios, lo cual no tiene mucho interes practico; lo que yo busco es una clasede aparatos que, sin necesidad de reproducir los gestos mas visibles del hombre, intentan obtener los mismos resultados que una persona" Leonardo Torres (1915)
   • Esquema general de un robot
     • Sistema de control
       • El sistema de control involucra tanto bucles de realimentacion de la informacion suministrada por los sensores internos, como del entorno
     • Sensores internos
       • Los sensores internos miden el estado de la estructura mecanica y, en particular, giros o desplazamientos relativos entre articulaciones, velocidades, fuerzas y pares. Estos sensores permiten cerrar bucles de control de las articulaciones de la estructura mecanica
     • Sensores externos
       • Los sensores exteros permiten dotar de sentidos al robot. La informacion que suministran es utilizada por el sistema de percepcion para aprehender la realidad del entorno
     • Sistema de percepcion
       • Los sistemas de percepcion hacen posible que un robot pueda adaptar automaticamente su comportamiento en funcion de variaciones que se producen en su entorno, haciendo frente a situaciones imprevistas. Esto surge a partir de los progresos tecnologicos en sensores tales como los de vision, tacto e incluso, audicion.

2. Morfologia del robot

   • Un robot es un sistema mecanico multiproposito, reprogramable y controlado automaticamente. Con multiples grados de libertar el cual puede ser movil o fijo y con multiples aplicaciones en diferentes campos
     • Manipuladores
     • Caminadores
     • Moviles
   • Subsistemas de un robot
     • Sistemas de percepción: ayuda al robot a adaptarse a cambios imprevistos en el ambiente. Consiste en sensores internos que proveen información acerca del estado del robot y de sensores externos para obtener información del ambiente
     • Mecanismos: Estructura mecánica articulada actuada por dispositivos eléctricos, neumáticas o hidráulicos y transmite el movimiento usando sistemas de transmisión
     • Controlador: genera señales de entrada a los actuadores como función de las instrucciones del usuario y de las salidas de los sensores
     • Interfaz de comunicación: el usuario programa las tareas que el robot debe llevar a cabo.
     • Dispositivos periféricos: constituye el ambiente en el cual el robot trabaja
   • Cadena cinemática: Conjunto de eslabones (links) y articulaciones (joints) interconectados de manera que proporcionen una salida controlada de movimientos en respuesta a un movimiento de entrada
     • Cadena cinemática abierta: cada eslabón está conectado a otro por una y solamente una trayectoria (robot serial)
     • Cadena cinemática cerrada: cada eslabón está conectado a otro por al menos dos trayectorias (Robot paralelo)
     • Cadena cinemática hibrida: está constituida de cadenas abiertas y cadenas cerradas
   • Máquina: Combinación de piezas o cuerpos usados para trasmitir fuerzas mecánicas
   • Mecanismos: Cadena cinemática en la que uno de sus eslabones está fijo o conectado al marco de referencia. Éste eslabón se llama carcasa o base.
   • Articulaciones
     • Articulación tornillo/helicoidal (1 GDL)
     • Articulación esférica (3GDL)
     • Articulación universal (2 GDL)
   • Configuracion de robot articulado
     • cartesiano
     • Cilindrico
     • Esferico o Polar
     • Scara
     • Antropomorfico
     • Paralelo

3. Localizacion espacial

   • Movimientos
     • Rotación pura: El cuerpo posee un punto (centro de rotación) que no tiene movimiento con respecto al marco de referencia fijo. Todos los demás puntos describen arcos respecto al centro
     • Traslación pura: todos los puntos de un cuerpo describen trayectorias paralelas
     • Movimiento complejo: combinación simultanea de rotación y traslación
   • Orientacion
     • Matriz de transformacion homogenea
       • Rotaciones Simultaneas
       • Posicion
       • Transformacion homogenea compuesta
         • Rotación y traslación alrededor de los ejes de coordenadas de un marco fijo son los resultados de una premultiplicación de las dos matrices.
         • Rotación y traslación alrededor de los ejes de coordenadas de un marco que se mueve son los resultados de una postmultiplicación de las dos matrices
       • Transformacion Inversa

4. Cinematica del robot

   • Empleo de las transformaciones entre sistemas de referencia.
     • Estudia el movimiento, sin considerar las fuerzas que lo producen. No solamente interesa el posicionamiento estático sino las variaciones del cuerpo en el tiempo incluyendo velocidades.
       • Modelo Directo
         • Permite obtener la posición y orientación del efector final en función de las variables de articulación
           • Método general: emplear matrices de transformación que relacionen sistemas de referencia. (DH o Tornillos Sucesivos)
             • Metodo Denavit Hartenberg
               • 2 describen al eslabón por si mismo ?? ?? 2 describen la conexión del eslabón con el eslabón vecino. ?? ??
                 • ?? =distancia perpendicular desde ?? ? ??+1
                   • ?? =angulo entre ?? ? ??+1medida a lo largo de ??
                     • ?? =distancia desde ??−1 ? ?? medida a lo largo de ??
                       • ?? =angulo entre ??−1 ? ?? medida a lo largo de ??
       • Modelo Inverso
         • Obtiene las variables articulares en función de la posición y orientación del efector final.
           • En general un manipulador con menos de seis grados de libertad no puede localizar su efector final en una posición cualquiera en el espacio. Entre mayor el número de articulaciones mayor número de soluciones.
             • Se debe asegurar que la localización puede ser alcanzada por el efector final, es decir que se encuentre dentro del espacio de trabajo. Restricciones (Longitud del eslabón, ángulos de rotación)
               • Singularidades
                 • Singularidades de frontera: Ocurren cuando el manipulador es extraído o contraído. (se evitan al utilizar trayectorias que no pasen cerca al límite de su espacio de trabajo).
                 • Singularidades internas: ocurren en el interior del espacio de trabajo, normalmente cuando dos o mas ejes son alineados. Se debe tener atención en la planificación de trayectorias.
               • Metodos
                 • Métodos numéricos, son normalmente de convergencia mas lenta
                   • Métodos analíticos, no todos se pueden resolver de esta forma. Método Pieper.
                   • Métodos algebraicos, basados en especificar una transformación que define un subespacio en el que están todas las soluciones alcanzables.
                 • Métodos geométricos, obtención de las ecuaciones, tiene limitaciones según las estructura cinemática.